Model termální konvekce v programu ASPECT

Abstract

Nejsvrchnější vrstva Země, litosféra, je rozlámána na několik částí, kterým říkáme litosférické desky. Ty se vůči sobě pohybují rychlostí několik centimetrů za rok. V oblastech, kde se dvě tektonické desky setkávají může docházet k podsouvání jedné desky pod druhou, tedy k takzvané subdukci. Jedním z nejdůležitějších nástrojů, který nám umožňuje tento jev studovat, jsou numer- ické modely termální konvekce. Pro řešení soustavy rovnic popisujících proudění se v mezinárodní geodynamické komunitě používají desítky různých programů. Mezi nimi se v poslední době prosazuje programový balík ASPECT, který pro řešení soustavy používá metodu konečných prvků. ASPECT se vyznačuje zejména implementovaným adaptivním zahušťováním sítě, které je při zkoumání subdukce litosférických desek velmi praktické, neboť v oblasti kontaktu desek potřebujeme rozlišit velice úzkou deformační zónu. V rámci práce jsme měli tento program porovnat s alternativním programovým balíkem SEPRAN, který je na Katedře geofyziky používán od konce 90. let. Byl vytvořen model sub- dukce s mobilní nadložní deskou v ASPECTu a jeho výsledky byly porovnány s ekvivalentním modelem implementovaným v SEPRANu. Základní rysy chování...

The outermost layer of the Earth, the lithosphere, is broken into several pieces called lithospheric plates. These plates move relative to each other at a rate of several centimeters per year. In regions where two tectonic plates meet, one plate may be forced beneath the other, a process known as subduction. One of the most important tools enabling us to study this phenomenon is nu- merical modeling of thermal convection. Dozens of different programs are used within the international geodynamic community to solve the system of equa- tions describing the flow. Among them, a software package called ASPECT has been gaining prominence recently. ASPECT utilizes the finite element method to solve the governing equations and is particularly distinguished by its imple- mented adaptive mesh refinement. This feature is highly practical when study- ing subduction of lithospheric plates, as it allows for precise resolution of the narrow deformation zone at the plate boundaries. In the course of our work, we compared this program with the alternative software package SEPRAN, which has been used at the Department of Geophysics since the late 1990s. A sub- duction model with a mobile overriding plate was created in ASPECT, and its results were compared with an equivalent model implemented in SEPRAN. The fundamental...